来源：ScienceDirect
永磁体可以在没有外部能量输入的情况下产生强大而稳定的磁场。迄今为止，稀土基永磁体，包括 Sm-Co 、Sm-Fe-N 和 Nd-Fe-B，具有优异的磁性。其中，钕铁硼磁体被视为接近室温的基准材料，在家用汽车、风力发电和新能源汽车等领域推动了革命性的进步。
近年来，对外太空的探索已成为全球关注的话题，新型永磁体在电机、控制器和执行器中的应用是最小化航天器和探测器体积和重量的关键，这对航天技术非常重要。与地球相比，外太空，尤其是月球和深空，呈现出更极端的环境，特别是温度范围明显从2 K扩大到∼450 K，这对钕铁硼永磁体构成了严峻的挑战。在高温下，占主导地位的硬磁 Nd 的居里温度相对较低 （585 K）Nd2Fe14B 磁体中的 B 相导致 350 K 以上的磁急剧软化，导致剩磁、矫顽力和能量产物同时退化。在 135 K 时，Nd2Fe14B相经历自旋取向转变 （SRT），导致磁各向异性从单轴（磁化 ∥[001]）变为锥形 。这种转变在第二象限的磁滞回线中产生明显的扭结，导致能量积急剧减少。因此，Nd-Fe-B 磁体的工作温度被限制在 135 K 到 ∼350 K 之间，这些温度与太空探测的要求之间仍然存在很大的差距。目前，已经采用了掺杂大量重稀土元素（Tb和/或Dy）的策略，以增强Nd-Fe-B永磁体从室温到高温的室温矫顽力和热稳定性。这成功地将最高使用温度从 ∼350 K 提高到 420∼480 K。然而，这种策略是以牺牲低温磁特性为代价的。就低温段而言，SRT 温度已在无重稀土Nd2(Fe11.25Co2Cr0.75)B纳米颗粒中得到验证 ，
Nd2Fe14B 从 ∼135 K 降低 相至 ∼110 K Nd2(Fe11.25Co2Cr0.75)B 纳米粒子，在 100∼400 K 的温度范围内具有良好的磁稳定性。此外，用 Pr 取代部分/全部 Nd 原子的初步尝试已被证明是增强低温磁性能的有效方法，因为Pr2Fe14B 具有与Nd2Fe14B 相同的晶格结构和相似的室温本征磁特性。但是，Pr2Fe14B的 SRT 仍未被检测到从低温降至居里温度 [15\u201224]。然而，这种成分调节牺牲了磁体的高温磁特性，因为Pr2Fe14B的居里温度相对低于 Nd2Fe14B 。其主要原因是取代钴不可避免地导致形成额外的晶间铁磁相，从而阻碍了 2：14：1 晶粒的磁解耦并阻止了成核矫顽力机制的实现。因此，仍然缺乏一种能够同时解决 Nd-Fe-B 磁体在高温和低温下磁性能过度退化的适当策略。
我们通过在 Pr 和 Co 共掺杂的 Nd-Pr-Fe-Co-B 永磁体中实现 Co 过饱和非平衡微观结构，提出了一种新的非平衡纳米结构策略，以应对这一挑战。用 Pr 取代 Nd 可以降低 2：14：1 相的 SRT 温度，并扩大磁体工作温度的下限。另一方面，用 Co 取代 Fe 已被证明可以将居里温度从 585 K 提高到 Nd2铁14B 至 1000 K Nd2Co14B的代价是Nd2(Fe1-yCoy)14B中的磁化和各向异性场的显著退化。居里温度的升高可以提高磁体的热稳定性，这可能会提高工作温度的上限，但是，随着成分变得更加复杂，相形成行为和微观结构变得非常难以合理设计。特别是，取代的 Co 原子经常从Nd2(Fe,Co)14B基体并诱导不利相（例如，软磁相）的存在，这些相会降低磁性能并意外出现。因此，在这项工作中，我们表明在基体中获得具有 Co 过饱和度的非平衡微观结构是为空间应用和其他前沿领域获得具有令人满意性能的磁体的关键。